多足机器人步态规划及自适应控制研究

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多足机器人以其结构和控制方法相对简单、行走平稳、肢体冗余等特点,具有很强的环境适应性和运动灵活性,使其受到各国研究人员的普遍重视,已经成为机器人研究中一个引人注目的研究领域。但同时多足的特点也导致运动控制复杂,因此研究步态规划及控制成为多足机器人技术发展的关键。本文就多足机器人的步态规划及自适应控制进行了研究,主要内容分为以下几个方面:在多足机器人的机械机构和控制系统方面,对腿部机构进行了三自由度的设计,并建立了分层递阶控制系统,使机器人具备良好的运动性能。在运动控制方面,针对常用的CPG模型的不足,设计了一种能快速自激振荡的CPG模型,并在此基础上,采用计算机数值仿真技术研究了CPG模型的参数特性和动态特性,以使CPG能够很好的控制多足机器人的稳定行走。利用改进的CPG模型对多足机器人进行多足协调控制,并采用运动映射函数简化多足机器人的CPG控制模型。针对CPG控制模型参数特性复杂难以整定的问题,本文利用遗传算法对其进行优化,并对多足机器人的典型步态及步态转换进行分析实验,验证了基于CPG步态规划方法的合理性。为了进一步提高多足机器人在非结构化、未知环境中的自适应能力,本文采用反馈控制与CPG模型结合,分别对牵张反射、姿态反射和障碍反射进行建模,实现了多足机器人在斜面上的稳定行走以及避障运动。并利用多足机器人实物样机进行实验,验证了自适应控制方法的可靠性,满足设计要求。
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